数字图像采集与处理 教学大纲

第页数字图像采集与处理一、课程说明课程编号：090143Z10课程名称：数字图像采集与处理/DigitalImageCapturingandProcessing课程类别：专业课学时/学分：40/2.5（其中实验学时：8）先修课程：多媒体技术基础、模拟电子技术、数字电子技术、传感器与检测技术适用专业：测控技术与仪器、自动化、电气工程及自动化教材、教学参考书：1.刘文耀.数字图像采集与处理.北京：电子工业出版社.2007年；2.阮秋琦.数字图像处理学.北京：电子工业出版社.2013年；3.章毓晋.图像处理和分析教程.北京：人民邮电出版社.2009；4.冈萨雷斯(著)，阮秋琦(译).数字图像处理(第三版).北京：电子工业出版社.2011年二、课程设置的目的意义本课程是为测控技术与仪器、自动化、电气工程及其自动化专业高年级本科生开设的专业选修课。本课程的设置目的是让学生系统学习图像信号采集、处理等方面基本概念，掌握有关图像采集器件、图像处理基础技术知识，并学习有关图像量测、压缩编码、物体识别等应用扩展知识。使学生具备获取、处理图像、从图像中获取有用的信息的基本技能，并为学习机器视觉、模式识别等知识奠定基础。三、课程的基本要求知识：了解图像分类与表示；掌握图像成像系统组成、成像设备的工作原理，了解人类视觉知识；掌握图像离散化、傅立叶分析基本概念；掌握图像信号采样、图像增强、几何变换、图像分割、图像压缩、二值图像处理等基本概念；掌握模式匹配、图像量测、物体识别等知识；了解图像处理在工业中的应用实例等。能力：通过学习图像信号采集、处理等方面基本概念，要求学生了解图像采集器件及技术特点、深入掌握图像处理基础技术知识，学会必要的算法编程技术，并了解有关应用扩展知识，具备获取、处理、识别图像的基本技能。最终具备将数字图像处理中的各种方法及实现算法用于解决实际的工程问题的能力。素质：培养学生分析图像、发现特征、制定问题解决方案等方面的技术素质，参考人脑处理识别图像信息方式，实现到视觉处理算法机器实现的科研思维。提高理论和实际问题结合的分析，提高学以致用等基本素质。通过课程实验，在实践中提升检验判断解决问题的意识，形成初步的科研素质，提倡培养创新意识。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第1讲图像信息导论22图像基本概念、的特点，与人们生活、工业生产的关系多角度描述图像，图像信息特征。多媒体授课，加强客观刺激与主观响应分析。用典型的应用和实例结合现状和发展讲解图像的概念及其分类，并说明数字图像处理的意义和研究内容。第2讲图像分类方法、特点、表示；图像处理系统构成22图像分类方法、特点，它们相互关系及转换。图像建模实验系统组成图像数学模型教学思路：按模拟-数字-彩色-灰度-二值图像推进；扩展立体视、立体、时变、频谱的图像。结合分类介绍表述方法。教学模式：各种实例展示，实例分析。第3讲成像原理与采集过程图像文件格式422图像扫描信号转换BMP图像标准电视制式、隔行扫描特点BMP图像文件结构教学思路：说明光学成像的原理、导出计算机图像采集的过程教学模式：结合电视制式、扫描过程展示数据获取过程。另安排2学时实验第4讲视觉知识，色彩知识；22色彩系统、形态特点、错视现象。色彩系统模型特点、错视的原因分析教学思路：讲解视觉知识原理；结合各种图像色彩、错视进行讲解。教学模式：通过大量实例来激发学生视觉知识深入理解；将视觉冲击上升到理论高层第5讲图像离散化方法及其频谱分析22离散化方法、结果分析、采样函数、傅里叶频谱分析、空间频率概念教学思路：借助一维信号分析完成二维频率域的扩展；教学模式：通过傅里叶变换、反变换揭示图像频谱特征，数字化中的采样密度的影响。第6讲图像增强—灰度变换22直方图、正规化、平坦化、线性与非线性变换灰度映射、对数、指数型变换关系教学思路：调整灰度分布，改善图像质量、突出有效信息、抑制无效部分。把握信号处理中的信噪比提升关键，展开灰度图像增强各种算法；教学模式：结合photoshop软件介绍，加强灰度变换的感性认识和理性知识。多方法优缺点比较第7讲图像增强—平滑与去噪22几种平滑原理与算法抑制噪声与保持边缘的矛盾第8讲图像增强边缘提取与锐化422边缘增强原理与算法高频信息、最佳边缘提取第9讲几何变换22几何位置正变换与反变换多种变换的数学模型、点到点形态描述与渲染教学思路：多种变换的数学模型来讲解图像的几何变换；结合应用场合分析说明。教学模式：原理讲授后课内演示变形动画生成技术、图像几何调整编程技术。第10讲图像分割与二值化22各种二值化方式的思路与实现方法二值化概念、适应场合、阈值选取、非均匀关照问题的对策教学思路：强调场景物体分析识别的必经之路、分割依据与方法；结合应用例子分析图像分割方法，教学模式：结合道路场景、生产线物件分离应用进行讲述，重点在二值化。第11讲二值图像处理122拓扑特性、标号化、收缩扩张融合、距离变换连通性、拓扑特性、各种算法分析思路教学思路：把握二值图像的特点与二值图像处理的特殊性,把握物体量测与识别必须的形态特征参数提取技术。教学模式：大量处理方法的思路、处理步骤、算法实现途径、展示处理过程、进行实例效果分析第12讲二值图像处理2422边界追踪、曲线追踪、矩特性、复杂度算法设计分析与实现技术途径第13讲哈佛变换与线条检测22哈佛变换原理、直线检测三个基本规律、变换空间教学思路：通过哈佛变换讲述信息智能处理的关键在于自集聚，在变换空间实现信息获取教学模式：空间变换映射，道路、建筑物直线提取分析第14讲图像压缩22各种压缩方法，余弦正交变换有损无损压缩、频谱分析教学思路：图像信息的频率域特征、信息的取舍、压缩与复原原理教学模式：各种压缩方式、结果分析。第15讲图像匹配22基本方法与改进方法复杂度分析、无关性教学思路：通过学习图像识别的计算方法，了解旋转、大小、色彩对图像匹配的影响。教学模式：匹配识别过程样例演示，复杂度分析、降维方法介绍第16讲应用案例222工业应用实例介绍，实际问题分析和数字图像处理系统的构成解决问题的思路与实现技术途径教学思路：给出多个科研实例，引导学生分析问题，运用图像处理理论和技术，解决实际系统的各种问题。展示复杂过程。教学模式：介绍3种典型实际项目，演示现场情况并进行评价；学生通过实验课进行编程，实现图像量测与识别。合计40328注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求实验名称实验内容学时基本要求图像采集通过实物和实际操作掌握数字图像的采集过程2掌握用摄像头、图像采集卡采集图像的基本操作知识图像应用软件各类图像增强方法的比较2掌握Photoshop软件的基本使用方法，使用各种手法处理采集到的图像图像处理算法实现使用课堂学习到的处理算法编程处理图像，实现图像读写、显示、直方图统计、平滑、锐化、二值化等基本功能2能编程实现各类图像处理方法图像处理系统通过前面的图像处理和分割等高级功能实现一个简单的数字图像处理系统构建2对数字图像处理系统有一个全面认识六、考核方式及成绩评定教学过程中采取讲授、讨论、分析、